Storia statica, quali studi, applicazioni, leggi

IL Statico È il ramo della meccanica che studia l'equilibrio di corpi rigidi, soggetto all'azione di varie forze. Quando un corpo è rigido, le particelle che lo compongono non cambiano le loro posizioni relative e quindi l'oggetto è indecumibile.

Tali oggetti possono essere trovati in equilibrio se a riposo (equilibrio statico) come se si muovessero (bilanciamento dinamico), solo in quest'ultimo caso, il movimento deve essere rettilineo uniforme.

Figura 1. Acquedotto romano a Segovia, Spagna. I vecchi costruttori romani hanno applicato in modo efficiente i principi statici. Fonte: Wikimedia Commons.

Nel caso di strutture come edifici, ponti e strade, interesse di equilibrio statico.

Ma statico non si limita al campo dell'ingegneria civile. È anche applicabile all'equilibrio delle particelle con carica elettrica e quello degli oggetti immersi in media continui, come aria e acqua.

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Storia statica come ramo della meccanica

Lo statico aveva uno sviluppo storico precoce, derivante dalla necessità di costruire strutture fisse mentre venivano stabilite le città. Gli antichi egizi lasciarono i loro monumenti come prova; Conoscevano macchine semplici come pulegge, leve e piani inclinati.

Altre civiltà del mondo antico, i cui monumenti sopravvissero fino ad oggi, conoscevano anche i principi fondamentali, ma furono i Greci che iniziarono a sistematizzare il loro studio.

Il grande fisico greco Archimede di Siracusa (287-212 AC) ha lasciato le basi dell'uso della leva e l'equilibrio dei corpi sommersi, i corpi idrostatici-.

Successivamente, altri grandi scienziati come Leonardo e Galileo hanno dato importanti contributi. Quest'ultimo ha stabilito che non era richiesta una forza netta per mantenere il movimento di un corpo (equilibrio dinamico).

Galileo Galilei - Fonte: Domenico Tintoretto [dominio pubblico]

Simon Stevin (1548-1620) si distingue anche, il primo ad osservare il paradosso idrostatico e descrivere l'equilibrio dei corpi sul piano inclinato.

Successivamente Isaac Newton (1642-1727) diede la formulazione di static l'impulso definitivo con le sue tre leggi della meccanica.

figura 2. Sull'arco di sinistra di Siracusa e a destra Isaac Newton, i pionieri nello studio della statica e della meccanica. Fonte: Wikimedia Commons.

Il prossimo contributo da menzionare per la sua rilevanza è stato dato da D'Alembert e il concetto di forza inerziale. Grazie a ciò è possibile studiare problemi dinamici attraverso il concetto di equilibrio.

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Dal lungo elenco di scienziati e ingegneri che hanno contribuito a statico, dobbiamo menzionare i nomi di Euler e LaGrange, che hanno sviluppato tecniche matematiche per modellare le loro applicazioni.

Quali studi statici?

La parola statico Viene dalla parola greca per designare ciò che è fermo.

Questo importante ramo dei meccanici è il fondamento delle costruzioni che abitiamo, e non solo, poiché ci sono altri campi in cui si applicano i suoi principi:

Aerostatica

Studia l'equilibrio dei corpi nell'aria.

Idrostatico

Applica i principi di statica ai corpi immersi in acqua o altri liquidi.

Elettrostatica

Importante ramo dell'elettromagnetismo che studia carichi elettrici in equilibrio statico.

Magnetostatico

È il ramo dedicato allo studio dei campi magnetici che non variano nel tempo.

Particella statica

In primo luogo, lo statico presuppone che un oggetto sia modellato come se fosse un punto di particella o materiale, senza dimensioni misurabili, ma sì, con massa.

Quando si tratta del corpo come particella, diciamo che è in equilibrio statico quando la forza risultante su di essa è nullo.

Statico di corpi estesi

Un modello più attaccato alla realtà presuppone che gli oggetti siano corpi estesi, composti di moltitudine di particelle, il che significa che le forze possono essere applicate a punti diversi.

Questo è molto importante, poiché questi effetti possono essere:

-Dinamico, relativo al movimento o all'assenza di esso,

-Deformatori, per i cambiamenti in modo che i corpi soggetti alle forze.

Lo statico presuppone che gli oggetti siano rigidi e indeformabili, quindi non studia gli effetti deformati, ma la dinamica.

Quando le dimensioni dell'oggetto in studio sono misurabili, le forze possono essere applicate a luoghi diversi ed è possibile che, anche se non lo trasferiscono, possono girarlo. In questo caso, l'oggetto non sarebbe in equilibrio statico.

Applicazioni

Le applicazioni dello statico si trovano ovunque, motivo per cui è il ramo della meccanica che ha il maggior numero di usi, anche se molte volte non lo realizziamo:

Dentro casa

Possono essere applicati i principi di statica per mobili, armadi, elettrodomestici, lampade, libri e qualsiasi oggetto a riposo all'interno di una casa. Garantiamo continuamente che le cose non cadano, non si girano o cambiano i loro posti accidentalmente.

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Nelle costruzioni civili

Allo stesso modo, i costruttori degli edifici che abitiamo assicurano che non collassino o sperimentino movimenti che mettono in pericolo la vita degli abitanti.

Questi principi si applicano anche nella costruzione di strade e ponti.

Nella progettazione della macchina

Lo statico si applica anche alla progettazione e alla costruzione di pezzi per i macchinari.

Alcuni pezzi sono ovviamente mobili, ma altri non lo sono. Ecco perché gli ingegneri assicurano molto bene i macchinari costruiti, non crolla, sfrutta o si sbriciola in qualche modo.

Figura 3.- The Gay Enola al National Air & Space Museum di Washington DC. I principi dello statico sono stati usati per appenderli dai cavi soggetti al tetto della sala espositiva. Fonte: Wikimedia Commons.

Leggi principali di statica

La fondazione di statica è lo studio delle forze e delle azioni che esercitano attraverso le tre leggi di Newton of Mechanics:

La prima legge di Newton

Un corpo rimane a riposo o in movimento rettilineo uniforme, a meno che una forza sbilanciata non lo faccia cambiare la sua dichiarazione di movimento.

Seconda legge di Newton

La somma delle forze che agisce su un corpo, chiamata forza risultante F_R, È uguale al prodotto dell'impasto M (uno scalare) per l'accelerazione A (Un vettore).

Per la seconda legge statica di Newton adotta il modulo:

F_R = 0

Poiché il movimento rettilineo di resto o uniforme si traduce in un'accelerazione zero.

La terza legge di Newton

Se il corpo 1 esercita una forza sul corpo 2, chiamato F₁₂, Il corpo 2 esercita una forza sul corpo 1, indicato come F_ventuno, in modo che F₁₂ E F_ventuno Hanno la stessa intensità e direzione opposta:

F₁₂ = - F_ventuno

La coppia o il momento di una forza

In precedenza abbiamo detto che è possibile che le forze, sebbene non causino il movimento della traduzione nel corpo, possano, a seconda del modo in cui si applicano, lo fanno ruotare.

Bene, l'entità fisica che determina se un corpo si è rotto o non viene chiamato Coppia O momento della forza, indicato come M.

La coppia o il momento di una forza F Dipende dall'intensità di questo, dal vettore R Questo va dal punto di applicazione dello stesso all'asse di rotazione e, infine, dell'angolo dell'applicazione. Tutto attraverso il prodotto trasversale o il prodotto vettoriale tra R E F:

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M = R X F  (Unità SI: N.M)

Un oggetto può ruotare rispetto a diversi assi, quindi il momento viene sempre calcolato rispetto a un determinato asse. E che il corpo rimanga statico, è necessario che tutti i momenti siano nulli.

Condizioni di equilibrio

Sono le condizioni necessarie per un solido rigido per essere in equilibrio statico, quindi sono conosciuti come condizioni di equilibrio:

Condizione di prima equilibrio

La somma delle forze che agisce sul corpo deve essere annullata. In forma matematica:

∑ F_Yo = 0

Per quanto riguarda le forze che agiscono su un corpo, queste sono divise in interno ed esterno.

Le forze interne sono responsabili di mantenere il corpo coeso. Ad esempio, un'auto è composta da molte parti, che hanno correttamente articolato che il macchinario si muove nel suo insieme, grazie alle forze interne tra i sindacati delle parti.

Da parte loro, le forze esterne sono quelle che esercitano altri corpi sull'oggetto in studio.

Nell'esempio dell'auto, le forze possono essere il peso, esercitato dalla terra, il supporto fornito dalla superficie, applicato nelle ruote e l'attrito tra le gomme e il pavimento.

Inoltre, Static considera innumerevoli supporto, reazioni e legature, a seconda degli elementi considerati e delle possibilità di movimento esistenti.

Seconda condizione di equilibrio

La somma dei momenti attorno a un asse arbitrario deve anche essere annullata, che esprimiamo come segue:

∑ M_Yo = 0

Quando le condizioni di equilibrio si applicano a un corpo nel piano, le forze devono essere suddivise nei due componenti cartesiani X e Y. In tal modo, si ottengono due equazioni, una per ciascun componente.

La seconda condizione di equilibrio ci consente, attraverso i momenti, di aggiungere una terza equazione.

D'altra parte, per gli oggetti tridimensionali il numero di equazioni sale a 6.

Va notato che è necessario il rispetto delle condizioni di equilibrio per garantire l'equilibrio statico di un corpo.

Ma non è sufficiente, poiché ci sono casi in cui queste condizioni sono soddisfatte, ma non possiamo garantire che l'oggetto sia in equilibrio. Questo è ciò che accade quando c'è un movimento relativo tra le parti dell'oggetto, cioè il solido è parzialmente collegato.

Riferimenti

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